這是一個在家也可以輕松完成的小實驗:取一根細長的幹義大利麵條,捏住它的兩頭慢慢彎曲,直到達到麵條能承受的極限。
觀察一下,義大利麵會如何折斷?
當彎折一根細長物體時,我們會期待它斷成兩截,鉛筆、筷子是這樣,普通的幹掛面也是這樣。
但義大利麵的斷裂方式卻很特別:捏住兩段彎折時,長長的麵條幾乎總是會斷成至少三截,有時甚至更多。
《我折斷的一根義大利麵,這個產生的碎片比較多,可以看到中間有三段小碎片飛了出去》
人們注意到這種特別的斷裂方式已經有很多年了,但關於它的正式研究很少。
不過,我們至少還可以找到一篇專門探討義大利麵斷裂的論文,它2005年時發表在Physical Review Letters上,還獲得過搞笑諾貝爾獎。
在這篇論文中,研究者們經過模型計算和實驗得出的結論是,義大利麵這種特別的斷裂方式與第一次斷裂之後麵條上彎曲程度的改變有關。
在斷裂發生之前,麵條均勻地彎曲,這個彎曲程度很接近麵條所能承受的極限:
接下來,會有一個位置首先發生第一次斷裂。
斷開的地方進入遊離狀態,彈性會促使義大利麵從斷開的位置開始上揚,局部伸直,這種伸直的趨勢從斷口處開始延伸:
而這樣的結果是,在高彈性的麵條伸直的過程中,後面會有一個位置反而被壓得更彎了。
當彎曲程度超出了限度,這裡就會再發生第二次折斷。
《我理解大概是這樣》
下面是研究者實際進行的實驗圖像,在這裡他們把一根幹義大利麵彎成圓弧形,然後松開一端《以此來模擬第一次斷裂已經發生之後的情況》,可以看到在麵條伸直過程中彎曲程度反而變大的位置《箭頭所示》,以及最終發生的二次折斷:
而普通的中式幹掛面沒有義大利麵那麼大的彈性,我試了一下也沒有觀察到這種現象。
這裡的示意圖來自SmarterEveryDay的視頻,他的視頻中有用40000fps高速攝影拍攝的義大利麵,非常好看。
有興趣的話,可以多掰幾根麵條實際感受一下,不過就是義大利麵碎片總是會崩得到處都是,觀察完就得掃地了_(:з」∠)_
相關論文:http://www2.mat.dtu.dk/education/01999/SpaghettiCracking.pdf
SmarterEveryDay的原視頻:https://www.youtube.com/watch?v=ADD7QlQoFFI